A legtöbb op-erősítő esetében az a szokásos helyzet, hogy a kimenetre "felakaszthatja" a kapacitást (mondjuk) 100 pF értékig, majd ha növeli ezt a kapacitást, az op-erősítő rosszul viselkedik, és oszcillátor. Ennél az eszköznél (mint a legtöbb op-amper esetében) ez a kapacitás körülbelül 150 pF az adatlapon. A 41. ábra azt mutatja, hogy 150 pF csatlakozás esetén a kimenet fenntartja az oszcillációt. A csatlakoztatott 130 pF esetén túllépés és csillapított csengés van, így a valóságban nem szabad nagyobbnak lennie, mint 100 pF. Nem nevezném ökölszabálynak, mert néhány op-erősítő 22 pF csatlakozással "énekel". Mint mindig, olvassa el az adatlapot.
\ $ \ color {blue} {\ text {De mi van, ha több uF-et ragasztott a kimenetre?}} \ $
Valószínű, hogy ez sem fog oszcillálni (annak ellenére, hogy az adatlap úgy tűnik, hogy ezt kifejezetten nem tartalmazza). Hogyan lehet ez lehetséges, ha felteszi, vagy honnan tudnám, hogy nem fog lengeni, az egy másik kérdés lehet. A válasz megtalálható a legtöbb adatlapon, de részletesen be kell mélyednie és elemeznie kell a dolgokat.
Vegyük például a 10. ábrát: -
Mit mondhat ez nekünk, kérdezhet. Azt mondja nekem, hogy a tranzisztor kimeneti fokozatának belső ellenállása terhelés alatt körülbelül 125 ohm. A \ $ V_ {DD} \ $ 5 voltos feszültség mellett látnia kell, hogy a vezeték meredeksége kb. 1 volt / 8 mA (a piros kiegészítések). Ez 125 ohmos kimeneti ellenállás. Később a \ $ ^ 1 \ $ részben megemlítem a könnyű terhelés forgatókönyvét (kék firkálások).
A következő a nyílt hurkú erősítés jellemzője a 33. ábrán: -
Megvoltam a szabadságot, hogy az egység nyereségével piros vonalat húzzak. Az egységgyarapodáskor (kb. 3 MHz) láthatja, hogy a fáziseltolódási vonal körülbelül 150 foknak felel meg? Ez azt jelenti, hogy 30 fok távolságra van attól, hogy oszcillátorrá váljon, vagyis 30 fok távolságra legyen attól, hogy a rendszeres invertáló visszacsatolás nem invertáló (vagy pozitív) visszacsatolássá váljon. Ezt a 30 fokot "fázistartónak" nevezik, és azt szeretné, hogy ez a lehető legnagyobb legyen a túllövések csökkentése és (ne adj isten) elkerülése érdekében, hogy az áramkör oszcillátorrá váljon.
Ennek tisztázása érdekében szimulációs eredményeket adtam hozzá. Itt van az első: -
100 pF hozzáadásával a fázis margó alacsonyabbra kerül, vagyis a 30 fokos margó kisebb lesz. Mennyivel kevesebb lesz, megkérdezheti. A válasz a 10. ábrán kezdődik, ahol megbecsültem az op-amp kimeneti ellenállását, és 125 ohmot kaptam.
Ez az ellenállás plusz 100 pF 12,7 MHz-es aluláteresztő szűrőt képez. Ennél a frekvenciánál a hozzáadott fáziseltolás 45 fok. De ami fontos, 3 MHz-en a fáziseltolás csak körülbelül 12 fok. Ezért, ha a kimenethez 100 pF csatlakozik, a fázistartomány 30 fokról 18 fokra csökkent. ezt az eszközt használtam a fáziseltolás megjelenítésében. Kiszámolhatnám, de miért kell bajlódnom, amikor Okawa úr ilyen szép eszközöket nyújt.
Ismét felvettem egy szimulációs eredményt: -
Ha a kapacitás 150 pF volt, akkor a határérték 8,4 MHz-re csökkent, de ami lényeges, 3 MHz-nél a fáziseltolás 20 fok, a kimeneti fázistartomány pedig csak 10 fokra csökkent. Ez azt sugallja, hogy az eszköz nem fog rezgni, de csak tipikus értékeket használok, és nem a legrosszabb esetben.
\ $ \ color {blue} {\ text {De mi van, ha több uF-et ragasztott a kimenetre?}} \ $
Még nem válaszoltam erre, de itt van.
Ha a kimeneten 10 nF van, ez 127 kHz-es cut-off frekvenciát eredményez, amelynek belső kimeneti ellenállása 125 ohm. És ha megnézi a nyílt hurkú erősítési grafikont, akkor azt látja, hogy a fázistartomány körülbelül 80 fokos, így lehet, hogy 10 nF-ot használ, de 1 MHz-nél a fázistartó 70 fok, ÉS a 10 nF és a 125 ohm 82 fok körüli hozzáadott fáziseltolódást eredményez, így valahol kissé 1 MHz alatt az op-erősítő tartós rezgésként kiénekelné a szívét.
Ennek érdekében egy másik sim eredményt adtam hozzá (500 kHz körül fog oszcillálni): -
Tehát, itt van a lényeg, aminek felé haladtam: -
Amikor a frekvencia alacsony, az op-amp természetes fázistartománya mindig jó. Például 300 Hz-nél a fázis margó 120 fok, és 1 uF hozzáadása a kimenethez kb. 105 fokosra csökkenti a margót. Ha a frekvenciát 10 kHz-re emeltük, akkor az op-amp természetes fázistartománya körülbelül 92 fok, és a kimeneti kondenzátor ezt 10 fokra csökkenti.
De a teljes erősítés a kimeneti kondenzátor miatt csökken. 10 kHz-nél a nyitott hurkú erősítés körülbelül 300 (50 dB), de a kondenzátor által okozott extra nyereségveszteség körülbelül 20 dB. Még mindig azt gondolom, hogy valószínű, hogy 1 uF fenntartaná az oszcillációt, de mi van a 10 uF-mel?
A 10 uF 10 dB-nél 50 dB-nél nagyobb nyereségveszteséget okoz, és a fázistartomány körülbelül 2 fokos lesz (ez feltételezi, hogy a kondenzátor és a kimeneti ellenállás teljes 90 fokos fáziseltolódása van, és ez nem lehet több mint ez). Azt hiszem, ez még mindig oszcillálhat. Határvonal.
Hozzáadott 10 uF szimulációt, amelyek azt mutatják, hogy nagyon határos: -
100 uF hozzáadásával az op-amp nem lenne probléma, mert a kimeneti kondenzátor és az ellenállás csillapítása 60 dB (10 kHz-en), és az oszcilláció nem tartható fenn.Más szavakkal, az op-amp természetes fázistartománya soha nem lehet olyan érték, amely további 90 fok hozzáadásával 1-nél nagyobb nettó nyereséget eredményezne.
Befejezésül a 100 uF szimuláció: -
Kék firka \ $ ^ 1 \ $ - ha nagyon enyhén terhelik, akkor az op-amp kimeneti ellenállása 500 ohmnak tekinthető, és ennek ugyanaz a hatásamint hogy a kapacitás 4-szer nagyobb legyen.Ennek hatása (amikor a kimeneti csapot pl. 10 uF-rel megpendítette) az, hogy a kimenet nagy valószínűséggel stabil lesz, de amint több kimeneti áramot húz, a dinamikus ellenállás 125 ohm felé csökken, és az áramkör hirtelen instabillá válhat.Sok Pro EE időről időre észreveszi az effajta hasonló hatást.